KR20110002724A - 듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너에 관한 것으로, 그 목적은 다단 연소 버너에 구비된 베인 상에 또 다른 베인을 추가하여 연소영역 내의 공기 분포를 더욱 넓히고, 산화영역과 환원영역이 확실히 구분되게 하여 질소산화물의 배출을 더욱 현격하게 저감시킬 수 있는 듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 연료주입관과, 상기 연료주입관을 내부에 포함한 채로 연료주입관과 함께 연장된 내통과, 상기 내통을 내부에 포함한 채로 내통과 함께 연장되게 배치된 외통을 구비하는 저 녹스(NOx) 버너에 있어서, 상기 외통의 출구측 초입에서 나선(spiral) 모양을 형성하면서 외통의 내면을 따라 일정구간 연장되게 형성된 메인 베인과, 상기 메인 베인의 일측면에서 돌출되게 형성된 보조 베인으로 이루어진 듀얼 베인을 포함하는 저 녹스 버너에 관한 것을 기술적 요지로 한다.

듀얼 베인, 저 녹스 버너, 질소산화물, 메인 베인, 보조 베인

Description

듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너{Low NOx burner using dual vane}

본 발명은 산업용 보일러에 사용되는 버너에 관한 것으로, 특히 듀얼 베인을 이용하여 연소영역 내의 공기 분포를 넓힘으로써 질소산화물의 배출을 저감시킨 저 녹스 버너에 관한 것이다.

연료의 연소와 수반하여 발생되는 질소산화물(NOx)은 여러가지 환경오염 문제를 유발하기 때문에 대기오염 물질로서 가장 중요한 규제대상이 되고 있으며, 산업화가 진행될수록 발생 규제는 점차 엄격해 지고 있다. 이러한 질소산화물은 대부분의 공업로에서 버너를 통하여 연료를 연소시킬 때 연소 공기 중의 질소와 산소가 고온 분위기 하에서 결합되어 발생된다.

한편, 초기 산업용 버너는 연료와 공기를 동일 선상에서 주입하여 연소하는 방식을 사용하였기 때문에 버너 전단에 고온영역이 발생하고 과량의 산소가 존재하여 질소산화물의 배출양이 증가하는 문제점을 가지고 있었으며, 이후 질소산화물의 배출량을 감소시키기 위하여 다단 연소 버너가 개발되었다.

상기 다단 연소 버너는 버너 출구에 장착된 공기 주입구에 베인(vane)을 설치하여 연소 공기를 다단으로 투입하는 구조로써, 버너 주입구에서 연료와 공기를 주입하고 일정량의 공기를 버너 후단 쪽에 분포시켜 버너 출구측에서 온도를 일정하게 유지시키고, 그 결과 버너 전단에서는 부족한 공기로 인해 불완전 연소영역이 발생되며, 후단에선 불완전 연소로 인해 발생된 탄화수로 인해 전단에서 발생된 질소산화물을 환원하는 환원제로 작용하여 질소산화물을 제거하게 된다.

이처럼 다단 연소 버너는 산화영역과 환원영역을 구분하여 산화영역에서 발생된 질소산화물을 후단에서의 환원영역에서 제거시켜 질소산화물을 저감시키도록 한 것이다.

그러나 종래의 다단 연소 버너는 산화영역과 환원영역의 구분이 명확하지 못하여 질소산화물의 저감효과가 뚜렷하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 다단 연소 버너에 구비된 베인 상에 또 다른 베인을 추가하여 연소영역 내의 공기 분포를 더욱 넓히고, 산화영역과 환원영역이 확실히 구분되게 하여 질소산화물의 배출을 더욱 현격하게 저감시킬 수 있는 듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너는 연료주입관과, 상기 연료주입관을 내부에 포함한 채로 연료주입관과 함께 연장된 내통과, 상기 내통을 내부에 포함한 채로 내통과 함께 연장되게 배치된 외통을 구비하는 저 녹스(NOx) 버너에 있어서, 상기 외통의 출구측 초입에서 나선(spiral) 모양을 형성하면서 외통의 내면을 따라 일정구간 연장되게 형성된 메인 베인과, 상기 메인 베인의 일측면에서 돌출되게 형성된 보조 베인으로 이루어진 듀얼 베인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 듀얼 베인은 다수개가 제공되며, 제공된 다수개의 듀얼 베인은 외통의 내면 원주 상에서 상호 등간격을 갖도록 설치된다.

한편, 상기 보조 베인은 메인 베인의 일측 단부로부터 타측 단부로 연장된 구조로 형성된다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 연소가 이루어지는 영역 내에서 공기의 분포영역을 넓혀주어 연소영역 전반에 온도 분포가 일정하고, 넓은 공기 분포로 인해 산화영역과 환원영역이 확실하게 구분되어 배출되는 질소산화물을 더욱 감소시킬 수 있게 되었다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버너의 사시도를, 도 2는 도 1에 도시된 버너의 측면도를 도시하고 있다.

본 발명의 버너는 메인 베인(141)과 보조 베인(142)으로 이루어진 듀얼 베인(140)을 이용하여 연소영역 내에 분포하는 공기가 보다 넓은 영역에 분포할 수 있도록 함으로써 질소산화물(NOx)의 생성을 저감시킨 것이다.

한편, 본 발명의 듀얼 베인(140)이 적용되는 저 녹스 버너는 연소실의 내부로 연료를 주입하도록 연장된 연료주입관(110)과, 상기 연료주입관(110)을 내부에 포함한 채로 연소실의 내부로 연장된 내통(120)과, 상기 내통(120)을 내부에 포함한 채로 연소실의 내부로 연장된 외통(130)으로 구성되며, 상기 내통(120)과 외통(130)의 출구측 단부에는 확장된 구조를 갖는 슬리브가 각각 형성되어 있다. 이처럼 연료주입관(110)과 내통(120) 및 외통(130)으로 이루어지는 저 녹스 버너는 주지 관용된 다단 연소 버너와 동일한 것이므로 보다 상세한 설명은 생략한다.

한편 질소산화물의 저감 효과를 높이기 위한 상기 듀얼 베인(140)은 다수개가 제공되며, 각각의 듀얼 베인(140)은 메인 베인(141)과 보조 베인(142)으로 이루어져 있다.

상기 메인 베인(141)은 외통(130)의 내면에 설치되어 외통(130)을 통해 연소실의 내부로 공급되는 공기가 보다 넓은 영역으로 분산될 수 있도록 하는 것이다. 이러한 메인 베인(141)은 외통(130)의 출구측 초입에서 나선(spiral) 모양을 형성하면서 외통(130)의 내면을 따라 일정구간 연장되게 형성된 것으로 구성되며, 다수개의 메인 베인(141)은 외통(130)의 내면에서 외통(130)의 원주를 따라 상호 등간격을 갖도록 배치되어 있다.

상기 보조 베인(142)은 메인 베인(141)과 일체형의 구조로 이루어지며, 메인 베인(141)의 측면에서 돌출된 구조로 형성되어 있다. 이러한 보조 베인(142)은 메인 베인(141)과 마찬가지로 나선형을 그리면서 메인 베인(141)의 일측 단부로부터 타측 단부로 연장되도록 형성되어 있다.

도 3은 베인을 구비하지 않은 버너의 연소상태를 시뮬레이션한 결과이미지이고, 도 4는 메인 베인(141)만을 구비하는 버너의 연소상태를 시뮬레이션한 결과이미지이며, 도 5는 듀얼 베인(140)을 구비하는 버너의 연소상태를 시뮬레이션한 결과이미지이다.

도 3 의 시뮬레이션에서는 주입된 연료가 스월링이 발생하지 않아 연소 초반에 고온의 영역이 형성되고, 생성된 고온 영역에서 다량의 녹스가 발생한다. 반면 도 5에서는 주입된 연소 공기의 스월링이 발생하여 연소로 전체의 온도가 전반적으로 일정하며 공기가 연소 후반 까지 전달되어 산화영역과 환원영역이 구분되어 녹스 발생량이 저감된다.

이는 본 발명의 듀얼 베인(140)이 외통(130)을 통하여 연소실로 공급되는 공기를 보다 넓은 영역에 걸쳐 분포되게 함으로써 연소영역 전반에 온도 분포가 일정하도록 함과 더불어 산화영역과 환원영역이 보다 명확하게 구분되게 하여 질소산화 물의 배출을 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버너의 사시도,

도 2 는 도 1에 도시된 버너의 측면도,

도 3 은 베인을 구비하지 않은 버너의 연소상태를 시뮬레이션한 결과이미지,

도 4 는 메인 베인만을 구비하는 버너의 연소상태를 시뮬레이션한 결과이미지,

도 5 는 듀얼 베인을 구비하는 버너의 연소상태를 시뮬레이션한 결과이미지.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(110) : 연료주입관 (120) : 내통

(130) : 외통 (140) : 듀얼 베인

(141) : 메인 베인 (142) : 보조 베인

Claims (3)

1. 연료주입관(110)과, 상기 연료주입관(110)을 내부에 포함한 채로 연료주입관(110)과 함께 연장된 내통(120)과, 상기 내통(120)을 내부에 포함한 채로 내통(120)과 함께 연장되게 배치된 외통(130)을 구비하는 저 녹스(NOx) 버너에 있어서,

   상기 외통(130)의 출구측 초입에서 나선(spiral) 모양을 형성하면서 외통(130)의 내면을 따라 일정구간 연장되게 형성된 메인 베인(141)과, 상기 메인 베인(141)의 일측면에서 돌출되게 형성된 보조 베인(142)으로 이루어진 듀얼 베인(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 듀얼 베인(140)은 다수개가 제공되며,

   제공된 다수개의 듀얼 베인(140)은 외통(130)의 내면 원주 상에서 상호 등간격을 갖도록 설치된 것을 특징으로 하는 듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조 베인(142)은 메인 베인(141)의 일측 단부로부터 타측 단부로 연장된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼 베인을 이용한 저 녹스 버너.

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